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The article discusses the physical essence of the process of forming roughness on the cutting surface and ensuring the accuracy of measurements during waterjet processing, depending on the elements of the cutting regime, the physicomechanical properties of the abrasive grains used in cutting, and the technical indicators of the processed material. Thus, the physical essence of waterjet processing is that the cutting process is carried out by removing chips from the surface of materials using a jet of water and abrasive grains supplied to the cutting zone under high pressure.
Rotating parts such as shafts, gear wheels, ball bearings or idlers are subject to wear that limits their service life. Damage causes production downtime and consequential damage to the entire production plant. Based on the application in an idler roller, a system design is presented with which it is possible to record and wirelessly transmit relevant measured values in or on rotating machines without an additional voltage source. The system is largely maintenance-free and can be realised with components that are currently freely available on the market.
This edition includes selected articles presented at the 2nd International Scientific-Practical Conference "Machine Building and Energy: New Concepts and Technologies" (MBENCT 2023, December 4-5, 2023, AzTU, Baku, Azerbaijan). The purpose of the Conference was to formulate new challenges that create a scientific and technological basis that determines the increase in environmental safety and the economic efficiency of the infrastructure in connection with the development of production and energy fields. The publication will be useful to specialists in machine-building, energy and modern communication and information technologies.
In the following parts, a damage analysis of an extrusion line is presented. An important
point is the recording of the damage and the consideration of all facts around the operation and the history of the machine. The investigations in the laboratory confirmed the facts gathered in the hypothesis [1].
The main cause to be assumed is the age of the machine and the resulting load changes, in connection with the additional holes and the carbide concentration. By an unfavourable coincidence, a borehole was drilled in a place where there was a high concentration of carbides.
From the already partially corroded fracture edges, it can be assumed that it was a gradual process until the final fracture of the component occurred. The fracture of the component could be prevented in the future by a different maintenance strategy for machines of the same construction [2].
The Vibro Displacement Column (VDC) is one of the most widely-used techniques in
ground improvement. The present design of the column is exposed to high stresses from the soil during operation. There has been an increased fracture failure on basic parts of this VDC which has led to increase the downtime in construction projects. The major points of failures are identified and analyzed. Optimized design is presented after undergoing functionality experiments.
This paper examines the surface roughness and power consumption of the machine when
using different inserts and cutting parameters in rough turning. For this purpose, the surface quality of the parts, cutting parameters at different levels (cutting speed, feed rate, depth of cut) and optimal tools that influence the energy when machining S355JR steel material of different cutting tools were used in the turning process.
Labyrinthdichtringe (LDR) in Tragrollen von Gurtförderern bestehen aus mehreren Elementen welche im Betrieb aneinander "reiben" sollten (LDR außen, Fett, LDR innen) und sich infolge dessen erwärmen können. Eine weitere Erwärmung kann durch die wirkenden Kräfte und Wettereinflüsse erfolgen. Die Erwärmung überträgt sich auf das Schmiermittel und beeinflusst damit die Schmierfähigkeit sowie das Fließverhalten des
Schmiermittels. Der Labyrinthdichtring einer Tragrolle wurde für die Untersuchung der Eigenerwärmung mit Temperatursensoren ausgerüstet. Auf einem Tragrollenprüfstand der BTU Cottbus-Senftenberg wurden während mehrerer Langzeitversuche die Temperaturen gemessen und aufgezeichnet. Die aufgenommenen Temperaturkurven zeigen den typischen Verlauf eines Verzögerungsgliedes 1.Ordnung wobei die Aufheiz- und
Abkühlkurven unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen. Außerdem zeigen sich teilweise kurz vor dem Übergang zum stationären Zustand weitere kurzzeitige Temperaturerhöhungen. Die Untersuchungen dienen als Vorarbeiten für weitere Messungen und Optimierungen an Labyrinthdichtringen von Tragrollen.
Belt conveyors are highly efficient systems used in mining and other industries to transport bulk materials, mainly brown coal and overburden, over distances ranging from short distances to several kilometres. For technical reasons, their operation is associated with noise emissions. During inspections and maintenance this can lead to increased noise exposure of employees. In the vicinity of residential buildings or in areas needing protection, exceeding the emission limits can lead to a temporary restriction of the operation of these high performance installations. Measures are required to reduce the noise impact primarily at the source or in the immediate vicinity. The acoustic and mechanical parameters are investigated on a test bench at the Technical University of Brandenburg (BTU) Cottbus-Senftenberg as part of the drive assembly tests in cooperation with LEAG. The stages of these tests are: Run-up test. In this test the supporting roller is accelerated under test load to a circumferential speed of 10 m/s and the sound pressure level is recorded. This makes it possible to calculate the sound emission as a function of the peripheral speed; Recording the geometry of the idler gear. An accurate description of the geometry of the idler housing allows conclusions to be drawn about the possible causes of excitation. The defined characteristics serve to quantify the acoustic effect of the driven rollers and derive specifications for use in belt conveyor systems. Based on the special requirements to the planned belt conveyor system, an adapted selection of low-noise idler rollers can be made at an early stage on the basis of specified parameters and confirmed test results.
Rotating parts such as shafts, gear wheels, ball bearings or rollers are subject to wear that limits their lifetime. Damage causes production downtime and consequential damage to the entire production plant. This system design makes it possible to record and wirelessly transmit measured values on rotating parts without an additional voltage source. The prototype is presented using the example of an application on a support roller and the economic efficiency of the system is
analysed.
Rotating parts such as shafts, gear wheels, ball bearings or rollers are subject to wear that limits their life cycle. Damage causes loss of production and consequential damage to the entire pro- duction plant. Based on the application in a support roller, a system design is presented with which it is possible to record and wirelessly transmit relevant measured values in or on rotating machines without an additional voltage source. The system is largely maintenance-free and can be implemented with components that are currently freely available on the market.
Formation of Geometric Parameters of the Surfaces of Cylindrical Parts during Waterjet Cutting
(2023)
The article is devoted to the study of the technological process of water jet cutting of cylindrical parts on CNC machines. The results of experimental data on determining the accuracy of dimensional deviation, surface roughness, and taper of cylindrical parts depending on the circular milling of a water jet during water jet cutting are presented.
The article tells about the research on wear and tear of mud pump liners, namely: main characteristics that distinguish ceramic liner from the other ones used on the units equipped with the hydraulic system for washing out the drilling wells from cuttings, design of ceramic liners, calculation of the wear rate of ceramic liners, and the positive contribution they made on the modern drilling process. Besides, the research is made on the simplicity of the structure of ceramic liners, a short amount of time consumed to assemble and replace the liners, safety of the work, cost-effectiveness, wearing and corrosion durability, and also compliance with other requirements.
Design of an energy-autonomous sensor with wireless data data transmission for use on rollers
(2023)
Mechanically moving parts such as rollers in belt conveyor systems are subject to wear and tear that limits their service life. Damage causes loss of production as well as damage to the entire production plant. A system design is presented with which it is possible to record and wirelessly transmit relevant measured values in or on rollers without an additional voltage source. The system should work largely maintenance-free and be realisable with components currently freely available on the market.
Die Erfassung der Eigenschaften von Tragrollen und Fördersystemen ist nicht nur im Rahmen der Fertigung und Qualitätssicherung erforderlich, sondern insbesondere auch nach Inbetriebnahme und während der gesamten Laufzeit der Förderanlage. Im Regelfall erfolgt kurz nach der Erstinbetriebnahme die Abnahmekontrolle durch den Hersteller oder Anlagenbetreiber, indem die im Pflichtenheft aufgeführten Parameter überprüft werden.
Bei Inbetriebnahme:
- grundsätzliche Funktionskontrolle mit und ohne Fördergut
- Anlaufverhalten
- Kontrolle auf Gurtschieflauf
- Ausrichtung der Gerüstfelder und Tragrollengirlanden
- akustische Abnahme für immissionsrelevante Anlagen
- zusätzlich Gurtspannung, Kontrolle der Getriebe, Antriebe und Gurttrommeln hinsichtlich elektrischer Parameter, Schlupf usw.
Im Zuge des Betriebs tritt kontinuierlicher Verschleiß, insbesondere im Bereich der Tragrollen auf. Um ungeplante Stillstände und Störungen zu vermeiden, werden verschiedene Kontrollen und Instandhaltungsmaßnahmen durchgeführt (Lars Sternitzke, LEAG, 2021):
- regelmäßige Kontrollfahrten durch z.B. mobilen Löschtrupp, Überprüfung auf grobe optische und akustische Auffälligkeiten
- automatische Wärmebildkameras zur Detektion von Heißläufern, insbesondere bei brandgefährdeten Anlagen (Kohle)
- jährliche Schallmessungen bei immissionsrelevanten Anlagen
The article tells about the research on wear and tear of mud pump liners, namely: main characteristics that distinguish ceramic liners from others used on the units equipped with a hydraulic system
for washing out the drilling wells from cuttings, design of ceramic liners, calculation of the wear rate of ceramic liners, and the positive contribution they have made on the modern drilling process. Besides, the research is made on the simplicity of the structure of ceramic liners, little time required to assemble and replace the liners, safety of the work, cost-effectiveness, wearing and corrosion durability, and also compliance with other requirements.
Выбор материала и геометрических параметров расточного резца для обработки покрытий на основе никеля
(2023)
Разработка технологии механической обработки восстанавливаемых в ремонтном производстве деталей, включающая в себя выбор способа и режимов их обработки, режущего инструмента и др., является сложной задачей, решение которой определяет качество восстанавливаемых изделий. Качество механической обработки во многом зависит от обрабатываемости металла, под которой понимают способность материала подвергаться резанию. Рассмотрены особенности механической обработки втулок по- сле восстановления изношенной внутренней поверхности, состоящей из черного, чи- стового и тонкого растачивания, а также операции хонингования. При механической обработке восстанавливаемых втулок наибольшую трудность представляют операции чернового и чистового растачивания, так как после индукционного напекания с по- следующим раскатыванием твердость получаемых слоев находится в пределах HRC 48…55, что усложняет работу резцов при растачивании втулок. Для наплавки на де- тали, работающие в условиях изнашивания (коррозионного, эрозионного и термиче- ского), применяют порошок ПГ-СР2, имеющий систему легирования Ni–Cr–B–Si. Значительную волнистость и шероховатость поверхности, возникающую в результате наплавки, устраняют накатыванием. Одним из важных вопросов при обработке по- крытий, нанесенных центробежным индукционным напеканием с последующим рас- катыванием, является выбор материала и геометрических параметров режущего ин- струмента для чернового и чистового растачивания. При правильном выборе матери- ала и геометрических параметров расточного резца можно значительно уменьшить износ режущего инструмента, что позволит увеличить его стойкость и производи- тельность обработки, а следовательно, снизить себестоимость изготовления детали. Исследовано влияние технологических параметров на износ и геометрических пара- метров на стойкость режущего инструмента с целью оптимизации условий растачи- вания восстановленных цилиндров судовых двигателей.
Методика определения теплового состояния втулки цилиндра при центрoбежном индукционном напекании
(2022)
Распределение температуры во втулке цилиндра судового двигателя при ее нагреве и охлаждении — один из важнейших факторов, под действием которых формируются структура и свойства покрытий в процессе восстановления цилиндра методом центро- бежного индукционного напекания. Проведены экспериментальные исследования, позволившие получить графики распределения температуры по диаметрам втулки ци- линдра судового двигателя при ее нагреве и охлаждении. Установлено, что на процесс напекания порошковых материалов существенно влияют теплофизические свойства втулки. Изменяя скорость нагрева, можно получать покрытия при различных значени- ях температуры и времени напекания. Выполнено моделирование распределения тем- пературы в стенке втулки цилиндра при центробежном индукционном напекании в за- висимости от времени напекания, а также с учетом геометрических параметров втулки, теплоотдачи, теплопроводности, материала втулки, температуры внешней среды и т. д. Получены выражения для определения распределения температуры в стенке втулки цилиндра при центробежном индукционном напекании. Задавая значения параметров центробежного индукционного напекания, по полученным формулам можно смодели- ровать и заранее получить распределение температуры в стенке втулки цилиндра. Для визуального отображения изменения температурного поля во втулке при центробеж- ном индукционном напекании выполнено моделирование в среде Autodesk Fusion 360.
機械設計實戰—從零件、裝配到創新設計
(2023)
Innerhalb dieser Arbeit werden Ansätze zur elektrotechnischen Funktionalisierung von industriellen Rohrleitungsdichtungen theoretisch und praktisch analysiert. Das Fernziel ist es hierbei, Neu- und Bestandsanlagen mittels vollständig eingebetteter, multimaterial 3D-gedruckter, messtechnisch neu gedachter Dichtungen nahtlos in moderne Automatisierungssysteme zu integrieren, um eine verbesserte Ressourcennutzung zu erreichen. Im Folgenden sind zunächst die grund-legenden Schritte „Aufbau eines Laborprüfstandes“, „Simulation geeignet scheinender Messmethoden“ und „Studie leitfähig druck- und kontaktierfähiger Strukturen“ als Teil der Forschungsaktivitäten hierzu dargestellt.
The main purpose of the article is to increase productivitiy, reduce processing time and the same time increase the cutting speed. The results are also displayed in Excel using a number of cutting parameters. For this purpose, the article shows the results of both high-speed milling and high-speed turning of a machine with different types of tools, as well as processing of one tool on different types of machines. Unlike other machines, in general, the work on the machines of universal processing centers turned out to be more productive. The feed rate of the machine tools is the focus area here. If we increase cutting values, then the tool life is reduced and that leads to higher tool costs. With universal high-performance machines we cannot save costs for tools (we can only save machine tool costs). Compared to universal high-performance machines, we can save tool costs with Universal Machining Center. Therefore, it is suggested to the machining with the universal machining center, although the machining time and cutting time is faster with the universal high-performance machine.
В статье приведены результаты исследования производственных допусков при водоструйной резке методом трехмерных (3D) измерений: отклонения формы были показаны путем трехмерного справнения отсканированных образцов. Размеры были измерены также с использованием двухмерных (2D) срезов отсканированных образцов. Определено, что чистая водоструйная резка имеет тенденцию отделять мягкие материалы, такие как пластмасса, фольга, пена или бумага, а также пища. В отличие от чистой водоструйной резки, абразивная резка используется для твердых материалов, таких как сталь, керамика, стекло. Вычислено оптимальное давление для обработки материалов. Особое значение уделено разделению композитных материалов, которое не может быть удовлетворительно осуществлено с использованием обычных методов.
Umfassende Untersuchungen von Lagerausfällen bei Tragrollen mit einer Lagergröße ab über 6306 ergaben zu geringe Werte für das Axialspiel, welche sich als Schadensursache herausstellten. Da in der DIN 22112 Teil 2 lediglich Grenzwerte für die axiale Verschiebbarkeit für Tragrollen bis zu einer Lagergröße 6306 aufgeführt werden, war eine Bewertung von Tragrollen mit größeren Lagern im Sinne der Qualitätskontrolle bisher nicht möglich. Ausgehend von den Schadensbildern werden die theoretischen Zusammenhänge in Bezug auf den Lagerverschleiß erörtert. In Zusammenhang mit den wirkenden Belastungen auf die Tragrollen werden geeignete Grenzwerte für die axiale Verschiebbarkeit ausgearbeitet, welche die LEAG (Lausitz Energie Bergbau AG) in die aktuellen Lieferanforderungen für Tragrollen aufnahm. Weiterhin wird ein Axialspielprüfgerät vorgestellt, welches im Vergleich zu der vorgestellten Messeinrichtung aus der DIN 22112 Teil 3 präzisere Messergebnisse unabhängig von dem Achsgewicht der jeweiligen Tragrollen liefert.
This paper investigates experimentally and numerically the aero-acoustic noise generated by airflow around sheet metals with periodic hills of three different geometries named KMT, PWO and WAB used in automotive industry.
Each sheet was tested experimentally in a wind tunnel at airflow of free-stream-velocity of 18 m/s and Reynold’s number based on the respective sheet thickness in the range of 1800-4200. The experiment was based on measuring the aero-dynamic sound generated by each sheet using a microphone. Moreover, it was based on measuring the velocity fluctuation after the sheets trailing edge by a Hot Wire Anemometer (HWA). Finally, an acoustic camera was used to locate the locations of sound sources in the flow. On the other hand, the numerical analysis used turbulence model as Large Eddy Simulation with Kinetic Energy Transport as a sub-grid model. Ffowcs-Williams & Hawkings model was used to predict the acoustic sources.
Agreements were found between the trend of acoustic noise
produced from experiment and numerical simulation over some
ranges of frequency. The experiment has showed that the three
sheets had comparable sound pressure level over the whole
spectrum while the numerical results have showed that KMT
sheet has achieved significant loudness at frequencies under 400
Hz while the WAB sheet has achieved significant quietness at
frequencies below 400 Hz. The velocity contours obtained from
the simulation showed that flow is laminar over some length
before it changes to turbulent at a transition point. This
behavior agrees with other data presented for long sheets
subjected to flow of similar values of Reynolds Number.
Das Begleitbuch für das gesamte Maschinenbaustudium, Umfangreiche Übersichten und Gegenüberstellungen von Konstruktionslösungen, Zahlreiche illustrierte praxisbezogene Beispiele, Konkrete Umsetzung der Konstruktionsregeln in die tägliche Anwendung des Konstrukteurs, Additive Fertigung/3D-Druck und zu strukturierten Blechen
Unsteady turbulent flows with solid particles of different sizes in the cyclone were studied numerically and experimentally. The grid studies and influence of the boundary condition prescription on the flow behavior in the cyclone and the effectiveness of the particle separation were studied firstly numerically.
The turbulent flow was calculated by means of Large Eddy Simulations and this flow problem was calculated parallel using eight processors. It was found theoretically that pressure at the bottom outlet of the cyclone has a significant impact on the particle separation. This impact of the pressure at the cyclone function was examined also using experiments and pressure distributions for different flow rate intensities for several locations in the cyclone were determined. These experimental results can be used for a validation of numerical results. Furthermore, the larger losses were observed in the immersion tube due to higher flow velocity and impulse exchange in the vortex core.
Die Akustische Kamera zur gezielten Lärmminderung und zustandsbezogenen Instandhaltung von Tagebau-Großgeräten
Kurzbeschreibung
Die Akustische Kamera ist ein bildgebendes Schallmessgerät welches in der Lage ist, Geräuschquellen zu lokalisieren und zu charakterisieren. Im Zusammenspiel mit Schalldruckpegel- und -intensitätsmessungen werden so präzise akustische Modelle von Großgeräten und Industrieanlagen erstellt. Die Anwendung dieses innovativen Messkonzepts ermöglicht es, gezielte Lärmminderungsmaßnahmen umzusetzen und so die hohen Anforderungen an den Umwelt- und Arbeitsschutz einzuhalten.
Im Vortrag erfolgt die Systemvorstellung der Akustischen Kamera, ausgehend von dem technischen Aufbau und dem Messprinzip. Anschließend gibt es Einblicke in das Messkonzept zur gezielten Lärmminderung am Beispiel von Entstaubungsanlagen an einem Industriestandort. Die Grundlage liefert dabei die Lokalisierung der Hauptschallemittenten, auf dessen Basis die akustischen Modelle erstellt werden. Darauf aufbauend werden geeignete Lärmminderungsmaßnahmen entwickelt und umgesetzt. Die im Anschluss durchgeführten Abnahmemessungen bestätigen die Wirksamkeit der Maßnahmen.
Weiterhin erfolgt die Präsentation eines zustandsbezogenen Instandhaltungskonzeptes für Gurtförderanlagen. Die Datenbasis für die Beurteilung des Anlagenzustands liefern dabei regelmäßige Schallintensitäts- und Schalldruckpegelmessungen. Der so betreute Förderer weist nach über fünf Jahren Einsatzzeit Geräuschemissionen auf, welche im Bereich der Neuanlage liegen.
Die Präsentation liefert eine Zusammenfassung umfangreicher praktischer Erfahrung aus den Bereichen der Lärmmessung und Umsetzung von Schallminderungsmaßnahmen.
Prüfung der akustischen Wirkung von Tragrollen zur Ableitung von Vorgaben für Gurtförderanlagen
(2020)
Prüfung der akustischen Wirkung von Tragrollen zur Ableitung von Vorgaben für Gurtförderanlagen
Kurzbeschreibung:
Im Rahmen einer Baugruppenprüfung von Tragrollen werden in einer Kooperation mit der LEAG akustische und mechanische Kenngrößen auf einem Prüfstand an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg untersucht.
Bestandteile dieser Untersuchungen sind:
• Hochfahrprüfläufe – Dabei wird eine Tragrolle unter Prüflast auf eine Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s beschleunigt und der Schalldruckpegel aufgezeichnet. Dies ermöglicht die Berechnung der Schallemission in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit.
• Erfassung der Tragrollengeometrie – Die präzise Beschreibung der Geometrie des Tragrollenmantels ermöglicht Rückschlüsse auf mögliche Anregungsursachen.
• Ermittlung des Abklingverhaltens – Durch Anschlagversuche wird das Eigenschwingverhalten einer Tragrolle erfasst.
• Ermittlung des Axialspiels – Durch die Messung der axialen Verschiebbarkeit können Rückschlüsse auf die Einhaltung der Konstruktionsvorgaben im Bereich der Wälzlagerung und auf die Einsatzdauer der Tragrollen gezogen werden.
Die ermittelten Kenndaten erlauben eine quantitative Bewertung der akustischen Wirkung von Tragrollen und ermöglichen die Ableitung von Vorgaben für den Einsatz in Gurtförderanlagen.
Auf Grundlage der aktuellsten Untersuchungen wurde ein neuartiges Axialspielmessgerät entwickelt und in Zusammenarbeit mit der LEAG Grenzwerte für die Axiale Verschiebbarkeit für Tragrollen in Hochleistungsgurförderanlagen ausgearbeitet. Auf die Ergebnisse dieser Arbeit wird in dem Vortrag gesondert eingegangen.
Basierend auf den Erkenntnissen umfangreicher Tragrollenprüfungen und Untersuchungen wurden die Lieferanforderungen der LEAG an Tragrollen um neue Parameter erweitert und präzisiert. Somit wird eine gezielte Beschaffung von geräuscharmen und langlebigen Tragrollen ermöglicht. Weiterhin können aussagekräftige Vorgaben für die Neuausrüstung von Gurtförderanlagen hinsichtlich der zu erwartenden Geräuschimmissionen gegeben werden.
Die Umsetzung dieser Richtlinien zeigt in der Praxis bereits großen Erfolg. In Kombination mit einer zielgerichteten Instandhaltung sichern die akustischen und mechanischen Vorgaben für Tragrollen eine über mehrere Jahre mit der Neuausrüstung vergleichbare Geräuschemission für Gurtförderanlagen ab.
Die besonderen geologischen Verhältnisse in den Lausitzer
Braunkohletagebauen ermöglichen die Gewinnung der Braunkohle unter einem hohen Einsatz an Stetigförderern im offenen Abbau – dem sogenannten Tagebau. Stetigförderer gehören zu den effizientesten Fördermitteln, sie benötigen nur wenig Energie und fast kein Personal. Neben dem Fördergurt sind die Tragrollen ein Hauptmerkmal der Stetigförderer. Mit der Bewegung des Tagebaues entlang bewohnter Siedlungen ist es notwendig, die Geräuschemission vor allem der überirdisch angeordneten Förderer so gering wie möglich zu halten. Seit 2007 werden Tragrollen an der BTU Cottbus – Senftenberg auf ihre akustischen Eigenschaften geprüft. Durch die Zusammenarbeit mit den Herstellern konnte dadurch die Geräuschemission der Tragrollen in den letzten 10 Jahren um durchschnittlichen 10 dB reduziert
werden.
Im Labor für Fördertechnik an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg besteht ein langjähriges Engagement in der Untersuchung von Geräuschemissionen an Tragrollen für Hochleistungsgurtförderanlagen.
Durch ständige Optimierungen und technische Verbesserungen an den
Tragrollen konnte die Lärmentwicklung beim Betrieb der Anlagen um ein
Vielfaches reduziert werden. Im Gegensatz dazu sind jedoch die
Produktionskosten für die Herstellung von lärmgeminderten Tragrollen im Vergleich zur herkömmlichen Bauart gestiegen. Eine Maßnahme zur
Geräuschreduzierung besteht dabei in der Oberflächenbearbeitung des
Tragrollenmantels mit vorgegebenen Toleranzen für die Exzentrizität der Drehachse und der Kreisformabweichung von der idealen Zylinderform.
Ausfallstatistiken der LEAG1 lassen jedoch den Schluss zu, dass es durch die Bearbeitung der Mantelfläche (i.d.R. Überdrehen) ebenfalls zu einer Steigerung der Lebensdauer der Tragrollen kommt.
Um das Schädigungsverhalten bei unterschiedlichen Kraftanregungen zu
untersuchen, wurde ein Verschleißprüfstand entwickelt, konstruiert und gebaut.
Mit dessen Hilfe ist es möglich, die dynamischen Kräfte, welche durch die Tragrollenmantelgeometrie über die Exzentrizität und die Kreisformabweichung impliziert werden, zu untersuchen. Ziel der derzeitigen Arbeit ist es, die für die Versuche notwendigen Randbedingungen und Parameter festzulegen. Auf den Ergebnissen aufbauend soll anschließend mit einer Reihe von empirischen
Versuchen der Schädigungseinfluss auf die Wälzlager geprüft werden. Es ist beabsichtigt, die Toleranzen für die Geometrie, die Oberflächengüte und die Auswuchtgüte auf das erforderliche Maß anzupassen, um damit den Herstellungsaufwand und die Produktionskosten zu senken. Dadurch soll ein optimaler Kompromiss aus niedrigen Produktionskosten, geringen Werten für die Geräuschemission und langer Lebensdauer gefunden werden.
Abklingverhalten und Dämpfungseigenschaften von Tragrollen zur Lärmminderung an Gurtförderanlagen
(2016)
Die vorgestellte Untersuchung betrachtet die akustische Wirkung einer mit verschiedenen Unwuchten behafteten Tragrolle am Prüfstand mit geringer Außermittigkeit der Drehachse. Dazu wird die über Gummidämpfer eingespannte Prüfrolle von einer Walze angetrieben. An der Kontaktzone werden Belastungen von etwa 3,5 kN eingestellt. Die geprüften Un-wuchtpaare liegen in den beiden Radialebenen (Seitendeckel) gegenüber sowie um 180 Grad versetzt. Stufenweise wird mit Massestücken die Unwucht erhöht und jeweils der sich einstellende Istzustand von Restunwuchtmasse und Schallleistungspegel ermittelt. Nach den Literaturangaben ist eine Erhöhung der Schallleistung mit steigender Unwucht zu erwarten.
Die Versuchsreihen zur Prüfung der akustischen Wirkung durch zusätzliche Unwuchtmas-sen einer Tragrolle konnten keine Erhöhung der Schallemissionen nachweisen. Das lässt die These zu, dass kein kausaler Zusammenhang zwischen Unwucht und Geräuschemis-sion bei Tragrollen für Gurtförderanlagen besteht. Es sind weitere Untersuchungen erfor-derlich, um diese These im realen Förderbetrieb zu bestätigen.
Die Analysen müssen z. B. folgende Fragen klären: War die Unwucht nicht ausreichend für eine Schallemissionserhöhung? War die Schallemission der Tragrolle vorab zu hoch? Zu welchen Ergebnissen gelangen die Prüfungen bei einer statistisch relevanten Anzahl an nicht gewuchteten Tragrollen? Wie verhalten sich diese Rollen als Girlande? Gibt es ande-re relevante Einflüsse für die Geräuschemission an Gurtförderanlagen und wie
wirken diese?
Die nächsten Schritte sind die Untersuchungen am Tragrollenprüfstand zur akustischen Wirkung von überdrehten und nicht gewuchteten Tragrollen verschiedener Hersteller aus dem Produktionsprozess heraus. Abschließend erfolgt die Betrachtung von Feldversuchen dieser Tragrollen in Gurtförderanlagen.
Sollten Feldtests die eindeutigen Ergebnisse am Prüfstand bestätigen, sind bei Einhaltung von Geometrievorgaben durch eine Verminderung der Auswuchtgüte Kostenreduzierun-gen oder zumindest Vereinfachungen im Fertigungsprozess von Tragrollen zu erwarten.
Die vorgestellten Untersuchungen betrachten die akustische Wirkung von Anbackungen an Tragrollen und der daraus resultierenden Unwucht sowie einer mit verschiedenen Unwuchten behafteten Prüfrolle am Tragrollenprüfstand mit geringer Außermittigkeit der Drehachse und definiert angebrachten Klebestreifen auf der Manteloberfläche. Dazu treibt eine Walze die über Gummidämpfer eingespannte Prüfrolle an. An der Kontaktzone werden Belastungen von etwa 3,5 kN eingestellt. Die geprüften Unwuchtpaare liegen in den beiden Radialebenen (Seitendeckel) gegenüber sowie um 180 Grad versetzt. Stufenweise wird mit Massestücken die Unwucht erhöht sowie weiterführend erst phasengleich, dann ergänzend um 180 Grad versetzt Klebestreifen auf dem Tragrollenmantel angebracht. Die Klebestreifen simulieren reproduzierbar Anbackungen, welche sich gegenüberliegend hinsichtlich ihrer Unwuchtmasse ausgleichen. Jeweils wird der sich einstellende Istzustand von Restunwuchtmasse und Schallleistungspegel ermittelt. Nach den Literaturangaben ist eine Erhöhung der Schallleistung mit steigender Unwucht und bei Anbackungen zu erwarten.
Im Ergebnis zeigen Anbackungen eine hohe Wirkung auf die Geräuschemission von Tragrollen, was den Schluss nahelegt, dass kein Zusammenhang zwischen Unwucht und Geräuschemission besteht.
Mit der weiterführenden Untersuchung zur Prüfung der akustischen Wirkung durch zusätzliche Unwuchtmassen an einer Tragrolle war keine Erhöhung der Schallemission am Tragrollenprüfstand nachzuweisen. Dafür wurde gegenüber der ersten Untersuchung (2018) bei der Umfangsgeschwindigkeit 7,5 m/s die dabei überschrittene Gütestufe 100 auf die Gütestufe 250 gesteigert.
Die Untersuchungen erfolgten mit unterschiedlichen lärmgeminderten Tragrollen gleichen Typs, jedoch unterschiedlicher Ausführungsform. Dabei war eine Tragrolle (0611) mit einer Innendämpfung versehen und die andere Rolle (0609) ohne Dämpfungsmaterial. Im Zusammenhang mit den durchgeführten Versuchen folgt daraus, dass die Eigendämpfung einer Tragrolle die Ergebnisse nicht beeinflusst.
Die Ergänzung des Unwuchtversuches mit den Klebestreifen zeigte einen direkten Zusammenhang zwischen geometriebedingter Anregung (Kreisformabweichung) und Schallemission. Die Eigenmasse der Klebestreifen ist klein gegenüber den an den Seitendeckel angebrachten Unwuchtmassen. Diese Eigenmassen der Klebestreifen heben sich bei den Versuchen mit zwei Klebestreifen, die 180° auf dem Tragrollenmantel gegenüberliegend angebracht wurden, gegenseitig auf. Die Anregung zur Schallabstrahlung erfolgte über die Kreisformabweichung, was mit Hilfe der Verdopplung der Anregung und der daraus resultierenden Pegelerhöhung von 3 dB nachzuweisen war. Daraus folgt, dass die Fördergutanbackungen an Tragrollen im Tagebau nicht durch die entstandene Unwucht, sondern nahezu ausschließlich durch die Geometrieveränderung auf dem Tragrollenmantel die Geräuschemission erhöhen.
Aus den Untersuchungen heraus bleibt die These zulässig, dass bisher kein kausaler Zusammenhang zwischen Unwucht und Geräuschemission bei Tragrollen für Gurtförderanlagen nachzuweisen ist.
Die ersten Ergebnisse der Feldversuche weisen auf eine Bestätigung der Ergebnisse am Tragrollenprüfstand hin. Das bedeutet, dass durch die Einhaltung von Geometrievorgaben eine weit höhere Auswuchtgüte für Tragrollen bei den untersuchten Gurtgeschwindigkeiten bis 7,5 m/s toleriert werden kann. Hier sind Kostenreduzierungen oder zumindest Vereinfachungen im Fertigungsprozess bei der Herstellung von lärmgeminderten Tragrollen für ebenerdige Gurtförderanlagen möglich.
Während im Tagebau früher das Augenmerk primär auf einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Abbau und Transport von Rohstoffen gerichtet war, spielen heutzutage noch einige andere Aspekte eine entscheidende Rolle. Da die Abbaugebiete immer weiter in besiedelte Gegenden vordringen und die Vorgaben im Umweltschutz sich verschärfen, ist der Betreiber in zunehmendem Maße bestrebt, unter anderem die Geräuschemissionen der Tagebaugroßgeräte zu senken. Da sich speziell Gurtförderanlagen im Bereich des Vorschnitts über große Entfernungen erstrecken und an den Rändern der Tagebaue verlaufen, tragen diese zu einem großen Teil zur Geräuschemission bei. Tragrollen sind oft zu Tausenden in den Förderanlagen verbaut und bei der akustischen Wirkung von entscheidender Bedeutung. Um eine Gesundheitsgefährdung für die beschäftigten Mitarbeiter durch Lärm zu vermeiden und die Auswirkungen auf angrenzende Siedlungen auf ein Mindestmaß zu begrenzen, existieren gesetzliche Vorschriften und Richtlinien. Die Gesetze und Verordnungen zum Umweltschutz und Arbeitsschutz sollen eine Reduzierung der Lärmimmissionen erreichen.
Laut den Immissionsrichtwerten1 der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) darf nachts in Kerngebieten, Dorf- und Mischgebieten der Beurteilungspegel von 45 dB(A) nicht überschritten werden, in reinen Wohngebieten liegt die Grenze sogar bei 35 dB(A). Zum Vergleich: Eine leise Unterhaltung oder leise Musik wird mit einem Schalldruckpegel von 40 dB(A) angegeben.
Der durch den Betrieb der Gurtförderanlagen entstehende meterbezogene Schallleistungspegel LW beträgt im Durchschnitt etwa 80 bis 100 dB(A). Durch Reduktion der Schallemission könnten die Planungen der Streckenverläufe optimiert werden, was zu wirtschaftlichen Einsparungen führt. Weiterhin ist, wenn die für Tagebauanlagen zu beachtenden Richtwerte eingehalten werden, auch die Genehmigung für die Einrichtung und den Betrieb solcher Anlagen einfacher abzusichern.
Um genaue Kenntnisse über die Schallemission von Tragrollen zu erlangen, wurde in Zusammenarbeit der ehemaligen VEM AG (jetzt LEAG) und der ehemaligen Hochschule Lausitz (jetzt BTU Cottbus-Senftenberg) ein Tragrollenprüfstand entwickelt.
Im Rahmen einer Baugruppenprüfung auf diesem Prüfstand werden akustische und mechanische Kenngrößen von Tragrollen untersucht.
Bestandteile dieser Untersuchungen sind:
- Hochfahrprüfläufe – Dabei wird eine Tragrolle unter Prüflast auf eine Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s beschleunigt und der Schalldruckpegel aufgezeichnet. Dies ermöglicht die Berechnung der Schallemission in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit.
- Ermittlung des Abklingverhaltens – Durch Anschlagversuche wird das Eigenschwing- und Dämpfungsverhalten einer Tragrolle erfasst.
- Erfassung der Tragrollengeometrie – Die präzise Beschreibung der Geometrie des Tragrollenmantels ermöglicht Rückschlüsse auf mögliche Anregungsursachen.
Das Laufverhalten von Tragrollen wird maßgeblich von der Geometrie des Tragrollenmantels bestimmt. Die akustische Wirkung wird durch die Schallleistung ermittelt, wobei sich eine Korrelation zwischen der Kreisformabweichung des Tragrollenmantels zur Schallleistung ergibt.Weitere Auswirkungen ergeben sich durch eine stoßhafte Anregung auf die Lebensdauer der Tragrollenlagerung.
Das internationale Netzwerk bündelt die Kompetenzen der Partner im Bereich der Forschungen zu Energieeffizienz und Energieerzeugung. Der hohe Bedarf an Energieeffizienzlösungen in den östlichen Ländern Europas zeigt sich den den bearbeiteten Projekten. Vor allem im Focus der Untersuchungen stehen die Anwendung elektrischer Energie sowie Wärmeenergie.
Die Ausrüstung des Labores mit computergestützter Messdatenerfassung sowie -analyse ermöglicht es, die Energiebedarfe der einzelnen, vor allem energieintensiven Maschinen darzustellen und ihre Auswirkung auf die Energieversorgung des Labors bzw. des örtlichen Netzes sichtbar zu machen. Die im Zuge der Energieeinsparung oft durch LED Leuchtmittel erneuerte Arbeitsplatzbeleuchtung zeigte bei den Energiemessungen eine hohe Blindleistung. Sofern diese Blindleistung z.b. durch Kondensator-Netzteile verursacht wird, kann sie zur Kompensation induktiver Blindleistung aus elektromotorischen Antrieben, wie sie typisch sind für Werkzeugmaschinen, genutzt werden.
Seile können je nach Anwendung einem nicht unerheblichen Reibverschleiss unterliegen, der sich jedoch nur in einer minimalen Abnahme des Seilaussendurchmessers äußert. Hier liegt die große Gefahr, das ein mögliches Versagen des Seiles nicht rechtzeitig erkannt wird. Bedingt durch den Aufbau der Seile wird durch den Reibverschleiß ein Seil deutlich stärker geschwächt als ein vergleichbarer Zugstab. Zur Verstärkung des Seilverschleißes können je nach Seilmaterial auch die Umgebungsbedingungen beitragen. Häufig verwendete Stahlseile aus 1.4301 sind spannungsrisskorrosionsgefährdet. Die auf die Zugseile einwirkende Gülle bei permanenten abrasiven Reibverschleiß stellt sozusagen eine Mehrfachbelastung der Seile dar, die bisher so nicht erkannt wurde. Die oft vorhandene Seilseele in der Mitte des geschlagenen Seiles wird von der Gülle durchtränkt und hält dauerhaft das die Korrosion unterstützende Medium im Seilinneren. Ein entwickeltes Seilverschleissmessgerät erkennt den vorhandene Seildurchmesser und misst die aktuelle Abnutzung. Drei LEDs zeigen eine Empfehlung zur weiteren Verwendung des Seiles an.